Bio-valorização da lignina das fábricas de celulose Kraft através do estabelecimento do sequenciamento do metagenoma de Pulp-Ligcon

• Processo: 20/12559-6
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Vigência: 01 de outubro de 2021 - 30 de setembro de 2026
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Microbiologia - Microbiologia Aplicada
• Pesquisador responsável: Anuj Kumar
• Beneficiário: Anuj Kumar
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Andre Luis Ferraz ; Fábio Márcio Squina ; Fernando Segato ; Gregg Beckham ; Igor Polikarpov ; Júlio César dos Santos ; Silvio Silvério da Silva ; Vinod Kumar
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/05214-8 - Valorização bacteriana da lignina kraft para produção de PHA através do sequenciamento metagenômico da comunidade microbiana pulp-ligcon, BP.DD
• Assunto(s): Biotecnologia Biotransformação Análise estrutural Lignina Clonagem Metagenoma Papel kraft Degradação de biomassa
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Análise estrutural da lignina | Biotransformação de lignina | clonagem de genes | Lignina Kraft | Microrganismos degradadores de lignina | Sequenciamento do metagenoma | Biotecnologia industrial

Resumo

A lignina é o principal subproduto da indústria de celulose e papel (fábricas de polpa e celulose kraft). Os híbridos de Eucalyptus grandis x E. urophylla são usados principalmente na fabricação de painéis de fibras, celulose e papel no Brasil. Para a produção de celulose kraft, a madeira do eucalipto é aquecida em meio alcalino para solubilizar a lignina. A lignina solubilizada, também conhecida como licor negro, é concentrada e queimada para produzir energia na caldeira de recuperação. Assim, a celulose é separada e após várias etapas de processamento é usada para fazer papel. Suzano S/A e Klabin S/A são as duas maiores empresas de celulose e papel no Brasil, produzindo uma grande quantidade de lignina para energia e produtos comerciais de alto valor. Aproximadamente 55 milhões de toneladas de lignina são produzidas pela indústria de celulose. Atualmente, as fábricas de celulose modernas geram suas demandas de energia térmica e vendem o excesso de energia como eletricidade pela queima de lignina. No entanto, a lignina pode ser amplamente aplicada em diferentes áreas, como fibras de carbono, carvão ativado, adesivos, resinas e outros. Neste projeto, a lignina da indústria de celulose será utilizada como fonte de carbono e energia durante o cultivo bacteriano de forma sustentável. Além disso, a plataforma de descoberta metagenômica será estabelecida a partir de protocolos de enriquecimento da comunidade de fábricas de celulose, para representar biocatalisadores bacterianos e vias envolvidas na degradação de lignina e conversão de compostos aromáticos. Eventualmente, com o objetivo de comprovar a aplicação da estratégia metagenômica, biotransformação dos componentes da lignina kraft em produtos sustentáveis de relevância industrial como o polihidroxialcanoato (PHA), biolipídios e biogás. Os genes obtidos após o sequenciamento metagenômico serão sintetizados, clonados e expressos em Escherichia coli e Yarrowia lipolytica para produção de PHA e biolipídios, respectivamente. A produção de biogás será avaliada a partir de lignina kraft usando inóculo de água de esgoto. Além disso, o consórcio microbiano enriquecido desenvolvido será testado para a biodegradação de filmes de polietileno de baixa densidade em monômeros mais simples. O perfil de degradação da lignina será avaliado por cromatografia de permeação em gel (GPC), cromatografia líquida dupla a espectrofotometria de massa (LC-MS), análise termogravimétrica (TGA), FTIR, NIR, RMN, Raman (espectroscopia), emissão de campo SEM, AFM e, XRD. Uma análise técnico-econômica sistemática será realizada para determinar a viabilidade técnica e econômica do processo em escala comercial de recuperação, purificação e bioconversão de lignina. (AU)